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海上光伏发展现状及注意要点
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来源：北极星太阳能光伏网
作者：晶科科技谭奇特
二、海上光伏影响的自然因素
建设海上光伏，至少要考虑三个自然因素：地形、海浪与自然灾害。从地形来看，渤海、黄海海岸高差较小，大陆架比较平缓，可开发的沿海滩涂面积更广。东南部海岸、渤海湾部分区域的海岸地形存在较多山地及小礁岛，整体高差较大，可开发的沿海滩涂面积会受限，但是山地和礁岛的存在，有利于海浪的削弱，可以关注此类区域。我国主要沿海海域的海况情况如下：渤海（辽东湾、渤海湾、莱州湾）：冬季波高0.8-0.9米，周期多半小于5秒。1月平均波高为1.1-1.7米，寒潮侵袭时可达3.5-6.0米。夏秋之间，偶有大于6.0米的台风浪。黄海：秋冬两季浪高常有2.0～6.0米；寒潮过境时浪高达3.5～8.5米；台风过境时浪高则可达6.1～8.5米；受台风侵袭时，可出现2.0～6.0米的涌浪。东海：台风过境或登陆时，最大风力10级，有效波高最高可达8米。南海：最大有效波高达到9.5米（9级狂涛），浪向与季风风向一致。从全国近海海浪的数据分析，我国近海海域浪高多在3m以内，东南沿海的海浪要比江苏以北海域高，黄海、渤海附近的海域更适合建设大型海上光伏项目。关于自然灾害，根据《2021中国海洋灾害公报》（自然资源部海洋预警检测司，2022年4月），2021年，我国海洋灾害以风暴潮、海浪和海冰灾害为主，这三类灾害同样对海上光伏建设影响巨大。通过对我国风暴潮、海浪、海冰三类主要海洋灾害的统计分析可知，我国沿海各省，台风造成的经济损失最大，其中浙江省作为台风登陆多发区，受影响最大；山东省因海浪造成的损失最大，东海、黄海区域受海浪影响较大；海冰灾害主要影响渤海和黄海海域。对于海上光伏电站建设来说，支架桩计算需要充分风暴潮的影响；需要论证防浪堤的必要性和规模；需要考虑除海冰措施。另外，对于海上漂浮式光伏电站，还要注意海洋附着生物的影响。三、海上光伏技术方案海上光伏电站的建设形式包括固定式和漂浮式。从目前已建成和在建的海上光伏电站可知，规模化的海上光伏电站主要为沿海滩涂固定式，偶尔有个别厂家涉及所谓的海上漂浮案例，主要都是近海接近岸边，其风、浪、流与内陆湖泊接近，与真正的海域上的漂浮项目差别较大。真正的近海海域漂浮项目仍在实验和探索阶段，可以推广的成熟案例尚未出现。1、固定式海上光伏根据海上光伏与内陆水上光伏的对比可知，海上光伏建设风险因素多，海风、海浪、海冰、海水及盐雾腐蚀等因素需要重点考虑。通常在高盐度的海边，盐度的浓度均值可达12.4mg/m3到60mg/m3。而在陆地上大气中氯化钠含量均值在0.8mg/m3。在如此高浓度的盐雾环境下，金属被腐蚀的速度由于电化学的作用也将大幅提高(约为内陆大气环境的4～5倍)，暴露在外的海上光伏设备各组件均会遭到不同程度的腐蚀损坏:对于海上光伏电站，设备需要按照C5标准进行设计，并通过按照如下标准进行测试：①GB/T10125-1997 人造气氛腐蚀试验，盐雾试验②ISO12944-1999 色漆和清漆，钢结构防腐涂层保护体系③GB/T 2423.18-2012 环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Kb：盐雾，交变④GBT 20854-2007 金属和合金的腐蚀循环暴露在盐雾、干和湿条件下的加速试验通常来说，消浪措施主要有斜坡堤，透空堤和浮式堤。斜坡堤适合水深浅、地质差的情况；透空堤适合水深大，地质好的情况。实际应用中，透空堤由于对环境更为友好，更容易取得海洋部门批准。浮式防波堤是由浮体和锚固系统组成，通过浮体与波浪的相互作用进行消浪，具有建造成本低、建造和拆迁便捷等优点。目前浮式防波堤对短波的掩护效果良好，但对长波的透过率较高。为增强对长波的消浪效果，需要对浮体进行改进，比如板阻式防波堤方案，利用结构上部的浮箱反射波浪，下部的阻尼结构破碎波浪，通过波浪反射、谐振和波浪破碎来减小透射波。防浪堤的造价也是及其昂贵的，其单米造价与浪高有关，当浪高不超过3米时，其造价在2-3万/米，当浪高超过3米，造价可能翻番，因此如果项目体量不大，其动辄数千万的消浪成本实属代价太大。因此消浪成本将严重影响项目的经济性。在渤海、黄海海域的海上光伏项目，海域冬季会出现较为明显的海冰，同时，由于近海光伏工程海域离岸较近，存在重叠冰以及海冰堆积等问题。在进行结构物基础设计时，应当进行抗冰验算，并进行结构抗冰设计，提出抗冰防冰措施。从技术角度来看，①海上光伏电站对于防腐要求更高，电气设备防腐要求C5等级；②近海光伏防浪设施基本都是需要的，防浪设施方案各有不同，在设计阶段要详细论证；③在黄海和渤海区域，要注意海冰影响，考虑防冰和破冰措施；④海上光伏电站结构设计，需要详细论证风暴潮的影响。从投资收益来看，根据山东东营某100MW海上光伏项目测算，该项目为固定式海上光伏，装机100MW，110kV并网，常水位水深约3～5米，50年一遇1%波高约1～3米，考虑防浪措施，不考虑配套储能，项目投资约5.8元/W，投资收益率较差。当然，由于不同海域的环境差异巨大，单体项目经验的可复制性低。目前，大规模建设的海上光伏项目大多在离岸较近的滩涂或潮间带区域，以固定桩基式为主。但是，离岸后随着水深加深，固定式的桩长必然迅速增加，海上的施工难度和桩基成本都将迅速增加，同时，后期运行维护难的问题也更突出。长远来看，固定桩基式海上光伏应用范围有限，如果想大面积推广海上光伏，漂浮式或许是最终的解决途径。2、漂浮式海上光伏传统水上漂浮式电站主要受水域内流速、洪峰、水位变幅及风力作用的影响。一般情况下，水上漂浮式光伏电站的安全使用条件基于以下几个条件：1、水面浪高：不超过 1m2、水流速度：不超过 1m/s3、风力载荷：10级(24.5m/s-28.4m/s)4、温度：-25℃到 90℃5、雪载荷：至 70DaN/m22022年3月，国家科学技术部发布《“十四五”国家重点研发计划“可再生能源技术”重点专项》，其中明确了“近海漂浮式光伏发电关键技术及核心部件”列为十四五重点研发计划，具体考核指标：正常运行适用海况：浪高不大于2.5米，流速不大于1米每秒，水深不大于25米；锚固系统极限抗风浪能力（设计值）：浪高不大于5米，风速不大于30米每秒（约12级台风）。尽管从2015年发展至今，我国水上漂浮项目已经积累了相当丰富的经验，浮体系统经过多次升级迭代，漂浮和锚固系统造价也从当年的1.5元/W，降低到0.6元/W左右，但是目前的水上漂浮系统主要还是应用在内陆湖泊，其主要原因在于内陆水域的波浪较小且相对运动也较少，漂浮系统受外荷载的影响不大，而近海漂浮系统面对的风浪流和风速远大于内陆湖泊，叠加潮位影响更大，所以海上漂浮系统更偏向于综合性的海洋工程。Ocean Sun海上漂浮式光伏案例挪威Ocean Sun公司海上漂浮方案目前被国内公司应用在烟台海域，装机容量1MW，目前已开工建设。Ocean Sun的浮式光伏系统由一套由系泊系统固定在海床上的浮力环组成，光伏组件安装于由浮力环支撑的蓝色塑胶膜上;塑胶模能够随波浪上下起伏，可大幅降低风阻并对波浪有缓冲作用，使光伏系统能够更容易在风、浪和海流环境下稳定运行，并抵御更强的台风。Ocean Sun技术方案如下：
1、单元尺寸有50m、68m、72m三种直径。2、适用组件需定制。尺寸为1700*1000m，组件功率335Wp，单元装机容量分别为300kWp、500kWp、640kWp。3、组件长边装配导轨，膜配置对应柔性紧固装置，组件间距70mm。4、设计条件浪高最大10m，有效浪高5m；设计抵抗台风275km/h，约17级台风；洋流无特殊限制；水深无特殊要求，水位变化无特殊要求，水底地形不能有尖锐物品或石块等。5、据了解，目前在山东烟台的合作示范项目装机容量1MWp，核算EPC成本约10元/W。四、海上光伏开发要点根据前面分析可知，海上光伏电站的建设与常规水面光伏电站建设有很大不同。因此，对于海上光伏电站的开发也提出了更高的要求。主要包含以下几点：1、海洋项目必须遵守三大涉海法律：《中华人民共和国海域使用管理法》、《中华人民共和国海洋环境保护法》、《中华人民共和国海岛保护法》。同时遵守各省地方涉海法律。2、需要协调的部门除了和常规项目需要沟通的部门之外，还需要沟通海洋行政主管部门、海事部门、渔业行政主管部门、军队环境保护部门等。海洋管理权限隶属海洋局，各省要求不一，需提前向当地海洋局咨询。3、需要了解海洋生态红线；自然保护区里面的海洋保护区；国土空间规划里面的用海属性；当地海洋旅游规划、候鸟栖息地等。4、需要了解项目地自然条件：水深、地质条件等；并且收集海洋水文资料，其中包含潮汐、波浪、海流、海冰、泥沙、风暴潮、海水温度、海水盐度等。5、海上光伏开发工作内容主要包括以下内容：①资料收集与补充调查；②现场踏勘；③项目用海必要性及政策；④规划符合性分析；⑤资源环境影响分析；⑥开发利用协调分析；⑦用海合理性及可行性分析；⑧用海风险分析；⑨海域使用对策措施；⑩生态用海方案；⑪用海报批路径研究；⑫跟踪监测和海洋生态影响评估等。五、建议随着水利部《水利部关于加强河湖水域岸线空间管控的指导意见》的发布，未来中东部地区水上光伏电站建设将受到很大制约，海上光伏尤其是近海滩涂、潮间带固定式海上光伏电站建设将迎来较快发展。山东示范性海上光伏项目申报拉开了海上光伏规模化建设的序幕。对于海上光伏电站建设来说，支架桩计算需要充分风暴潮的影响，需要论证防浪堤的必要性和规模，针对海上光伏建设的各种风险因素，需要重点关注防腐方案、消浪措施、抗海冰等措施。海上漂浮式光伏电站目前不满足大规模开发条件，但是国家与行业有研发布局，未来发展可期，可提前进行布局和技术储备。
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